1P68F下箱体左主轴箱设计【说明书+CAD】
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本科毕业设计说明书(论文) 第29页 共30页1 引言1.1 概述大学生活已接近尾声,在这最后我们对大学四年来所学到的基础知识和专业知识做了一次系统性的总结与综合运用毕业设计。毕业设计是我们专业课程只是综合应用的实践训练,也是培养我们分析问题和解决问题能力的良好的机会,而且毕业设计也是大学教学的最后一个重要环节。这是我们从事职业工作前一个必不可少的过程。因此,认真踏实地做好这次毕业设计不仅意味着我们能否顺利毕业,而且对今后我们走上工作岗位后能否很出色的做好自己的工作也有十分重要意义。另外,毕业设计还可以培养我们独立思考,开发思维和协调工作的能力,这对今后踏入社会以后能否尽快地适应社会也有很大的帮助。机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要标志之一。这是因为工业、农业、国防和科学技术的现代化程度,都会通过机械工业的发展程度反映出来。人们之所以要广泛使用机器,是由于机器既能承担人力所不能或不便进行的工作,又能较人工生产改进产品的质量,特别是能够大大提高劳动生产率和改善劳动条件。机械工业肩负着为国民经济各个部门提供技术装备和促进技术改造的重要任务,在现代化建设的进程中起着主导和决定性的作用。所以通过大量设计制造和广泛使用各种各样先进的机器,就能大大加强和促进国民经济发展的力度,加速我国的社会主义现代化建设。 机械加工工艺是实现产品设计,保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段,是企业进行生产准备,计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据,也是企业上品种、上质量、上水平,加速产品更新,提高经济效益的技术保证。然而夹具又是制造系统的重要组成部分,不论是传统制造,还是现代制造系统,夹具都是十分重要的。因此,好的夹具设计可以提高产品劳动生产率,保证和提高加工精度,降低生产成本等,还可以扩大机床的使用范围,从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。我们这些即将大学毕业的机械工程及自动化专业的学生,要进行对本专业所学习的知识进行综合的运用和掌握,为此我们要进行毕业设计,要自己动手进行思考问题,为社会主义现代化建设的发展贡献力量,也要从此迈出展现自己价值的第一步。在大批量生产中为了提高生产率,必须注意缩短加工时间和辅助时间,而且尽可能使辅助时间和加工时间重合,使每个工位安装多个工件的同时进行多刀加工,实行工序高度集中,因而广泛采用组合机床。组合机床是用已经系列化、标准化的通用部件和少量专用部件组成的多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的高效专用机床,生产率比通用机床高几倍至几十倍,可以进行钻、镗、铰、攻丝、车削、铣削、车孔端面等工序,随着组合机床的发展,其工艺范围日益扩大,如:焊接、热处理、自动测量和自动装配、清洗等非切削工序。1911年,美国为加工汽车零部件研制了组合机床。在发展初期,各机床制造厂都执行自己的通用部件标准。为方便用户使用和维修,提高互换性,确定机床通用部件标准化的原则,并规定了部件间联系尺寸。1973年ISO公布了第一批组合机床通用部件标准,它包括了汽车、农业、纺机和仪表工业。1978年、1983年又第二次作了增补。目前,我国组合机床的通用部件约占70%90%。组合机床广泛应用于大批量生产的行业,如:汽车、拖拉机、电动机、内燃机、阀门缝纫机等制造业。主要加工箱体零件,如汽缸体、变速箱体、汽缸盖、阀体等,一些重要零件的关键加工工序,虽然生产批量不大,但也采用组合机床来保证其加工质量。目前,组合机床的研制正向高效、高精度、高自动化的柔性方向发展。组合机床是用按系列化、标准化设计的通用部件和按工件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床,属于一次性设计、一次性制造的单件生产产品。因此,设计量大,设计工作复杂。在当前竞争激烈的市场经济中,用户对机床的技术先进性、质量可靠性以及供货周期都要求很高,而保证这诸多因素的关键是设计。过去那种落后的手工设计方法已不能满足产品设计的要求,采用CAD技术,甩掉图板,已成为当前技术革命的潮流,势在必行。国外组合机床CAD技术的研究开始得比较早。70年代初,一些工业发达国家首先在多轴箱CAD方面开始研究。尤其是进入90年代以来,随着计算机技术的发展,交互式绘图和数据库管理系统等的发展和应用,使组合机床CAD技术日益实用且使用范围不断扩大,发达国家在组合机床设计中已普遍采用了CAD技术。目前,正在向CAD/CAM集成系统发展。近年来,据我们对美国几个主要机床厂家(BURGMAST、KINGSBURY、INGERSOLL LAMB、CINCINNATI、MILACRON、CROSS等公司)的了解,其CAD技术已得到普遍应用。其中最引人注目的是INGERSOLL公司具有50个交互式CAD工作站组成的软、硬件环境,使其实现了几乎百分之百的CAD化。国内对组合机床设计采用CAD的认识也比较早。70年代初,大连组合机床研究所就开始了这方面的研究工作。1978年国家把组合机床CAD列为机械工业重点项目,并责成上海交通大学、大连组合机床研究所、机械部自动化研究所负责,大连理工大学、清华大学、北京工业大学、上海机电产品研究院等单位参加,对钻孔组合机床CAD进行了研究,从此揭开了我国组合机床CAD技术的序幕。经过十多年的努力,取得了初步成果。但是,组合机床CAD系统是在VAX-750和Micro VAX上开发的,硬件投资大,不易于推广应用。受当时硬件条件及软件环境的限制,软件适用范围窄,用户使用不方便。CAD技术是当代电子信息技术的重要组成部分,CAD技术商品化应作为高新技术产业中重中之重。在支撑软件和硬件的基础上,针对不同行业、不同专业进行软件二次开发,开发出适合本行业、本专业的专用商品化软件,不仅可以取得良好的经济效益,而且会取得重大的社会效益。“九五”期间国家把汽车工业作为国民经济的支柱产业,给汽车工业提供技术装备的组合机床行业得以迅速发展。随着汽车工业的发展,提高组合机床设计质量、缩短设计周期便成为极其迫切的任务。采用组合机床CAD技术,能缩短设计周期,提高产品设计质量,提高企业在行业中的竞争力,给企业带来显著的经济效益。大连是我国重要的工业基地,作为组合机床行业科技开发中心的大连组合机床研究所,应当发挥行业的主导作用,为实现设计自动化、增强企业技术创新能力和产品竞争能力,推动我国组合机床设计水平,尽快向组合机床行业厂提供功能强、操作灵活、界面友好、技术含量高的组合机床CAD软件。随着微电子技术的发展,微机的性能有了很大的提高。现在P已经主导市场,P开始上市,其CPU性能指标已接近几年前的工作站指标。国外CAD软件向微机的Window95/98、Windows NT上移植,如Pro/Engineer、-DEAS、CADDS5等。微机的图形加速卡性能在提高,基本上能进行实体的移动和旋转。微机CAD是一个发展方向,相应的硬件比工作站要降低很多。经过几年的努力,我们利用Windows的SDK软件开发技术、Windows环境下多进程间的动态数据交换技术(DDE)、数据库操作技术(ODBC)、图形软件二次开发技术及目标链接与嵌入技术(OLE),开发了集通用机械CAD和组合机床CAD于一体的CAD集成系统。组合机床多轴箱传动系统是一个多轴、多齿轮、多排次的复杂齿轮传动系统。我们采取了二轴、三轴齿轮传动的基本方法,传动系统的生成就是这两种基本连接方法的不断组合、调用。1.2 课题的来源及研究意义本研究课题是以机械集团的1P68F发动机下箱体右主轴箱为设计对象,目的是对箱体结合面进行钻孔加工。江苏林海动力机械集团是集科工贸及金融与大专院校于一体的由60多个成员单位组成的跨行业、跨地区的大型企业集团,机械集团公司的核心企业。企业始建于1956年,具有五十年研制和生产小型动力及配套机械的历史,有专业生产线和柔性生产线组成的国内一流的生产制造系统,有达到国家一级计量水平的计量检测系统,有动力试验中心和CAD开发中心组成的研究开发系统等,具备了强大的产品开发能力。企业主要生产摩托车、摩托车发动机、特种车辆、小型汽油机、小型汽油发电机组、林业机械、消防机械等七大类100多种规格的产品。本次设计将根据企业的自身要求,以现有的加工设备为基础,为1P68F发动机下箱体结合面的钻孔加工设计专用的双面钻专机右主轴箱设计,在满足生产要求的基础上提高生产率,并尽量节约成本。同时通过本次设计,培养学生综合运用所学基础理论、专业知识和各项技能,着重培养设计、计算、分析问题和解决问题的能力,进而总结、归纳和获得合理结论,进行较为系统的工程训练,初步锻炼科研能力,提高论文撰写和技术表达能力,为实际工作奠定基础。2 制“三图一卡”绘制组合机床”三图一卡”,就是针对具体零件,在选定的工艺和结构法案的基础上,进行组合机床总体法案图样文件设计。内容包括:绘制被加工零件工序图,加工示意图,机床联系尺寸图和编制生产率计算卡”。本次设计工序是钻结合面的孔。2.1 加工工序图2.1.1被加工零件工序图的作用和要求被加工零件工序图是根据制定的工序方案,表示所设计的组合机床上完成的工序内容,加工部位的尺寸,精度,表面粗糙度及技术要求,加工用的定位基准,夹压部位以及被加工零件的材料,硬度和在本机床加工前加工余量,毛坯或半成平情况的图样,除了设计研制合同外,它是组合机床设计的具体依据,也是制造,使用,调速和检验机床精度的重要文件。2.1.2被加工零件工序图的内容 (1) 被加工零件的形状和主要轮廓尺寸及本工作设计有关部位结构形状尺寸。(2) 本工序所选用的定位基准,夹紧部位及夹紧方向。(3) 本工序加工表面的尺寸,精度,表面粗糙度,形位公差等级,技术要求以及对上道工序的技术要求。(4) 注明被加工零件的名称,编号,材料,硬度以及加工部位的余量。2.1.3 编制被加工零件工序图的注意事项(1) 本机床加工部分的位置尺寸由定位基面标起,尤其在本机床加工,所选用的定位基面与设计基面不一致时,还必须对各孔要求的位置精度进行分析和换算,即把不对称公差的尺寸换算成对称公差尺寸。以便在进行夹具镗模孔设计和主轴箱设计时,确定镗模孔尺寸及主轴位置尺寸,并把各孔位置尺寸改为从定位基面标注。(2) 对孔的加工余量要认真分析,在镗阶梯孔时,其大直径孔的单边余量应小于相邻两孔半径之差,以便镗刀能通过。在加工毛坯孔时,不仅要弄清楚加工余量,还需要注意孔德铸造偏心及铸造毛刺大小,以便设计相应尺寸的镗杆,保证加工能正常进行。为了使被加工零件工序图清晰明了,能突出本机床加工内容,绘制时对本机床加工部件用粗实线表示,其尺寸打上方框,其余部位用细实线表示,定位基准符号用“”,”表示,夹压位置符号用表示。2.1.4零件工序简图如下图1所示。图 12.2 加工示意图2.2.1 被加工零件示意图的作用:加工示意图是在工艺方案和机床总方案初步确定的基础上绘制的。是表达工艺方案、具体的机床工艺方案图。它是设计刀具夹具多轴箱和液压、电气系统以及选择动力部件。绘制机床总配合尺寸图的主要依据,是对机床总体布局和性能的原始要求,也是调整机床刀具所必须的重要技术文件。2.2.2被加工零件示意图的内容:(1) 机床的加工方法、切削用量、工作循环和工作行程。(2) 工件、刀具及导向、托架及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸。(3) 主轴结构类型、尺寸及外伸长度。(4) 刀具类型、数量和结构尺寸、直径和长度、接杆、浮动卡头、导向装置、攻螺纹靠模装置等结构尺寸。(5) 刀具、导向套间的配合,刀具、接杆主轴之间的连接方式及配合尺寸等。(6) 加工部位结构尺寸、精度及分布情况。(7) 工件名称、材料、加工余量、切削液及是否需要让刀等。(8) 工件加工部位向视图,并在向视图上编出孔号。2.3 选择刀具、导向及有关计算2.3.1选择刀具 选择刀具应考虑工件材质、加工精度、表面粗糙度、排泄及生产率等要求。只要条件允许,应尽量选用标准刀具。孔加工刀具(钻、扩、绞等)的直径应与加工部位尺寸、精度相适应,其长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端离导向套外端面30-50mm,以利排泄和刀具磨损后有一定的向前调整量。本工序为钻6个8的通孔。工件材料为:特种合金铝,硬度210-241HBS。精度为10m。初选刀具为硬质合金扩孔钻。查阅组合机床设计简明手册p47表2-7初选切削用量:(1) 加工直径 d=8mm切削速度 v=40m/min 进给量 f=0.2mm/r 得 主轴转速 (2) 导向套的选择 导向套的类型通常分为两类,一类是固定式导向套,即刀具导向套部分与导套之间既有相对移动又有相对转动;另一类是旋转式导向套,刀具导向部分与导套之间只有相对移动而无相对转动。相对转动线速度小于20m/min时,通常采用固定式导向套;大于20m/min时,为避免刀杆与导向套摩擦发热变形,产生“别劲”现象,应选用旋转导向。 导向套的数量应根据工件形状、内部结构、刀具刚性及加工精度等情况决定。通常钻、扩、绞单层壁小孔,或镗、扩、绞深度不大的大孔时,采用单个导向套;在工件铸孔上有扩孔时,为加强刀具导向刚性,采用双向导套当刀杆悬伸较长或扩、绞孔位置精度要求较高时,有时需要采用长导向套,双导向套或多导向套加工。 导向套的主要参数通常指:导套的直径及公差配合,导套的长度及导套到工件端面距离。这些参数根据已确定的导向套类型、工件形状、公差精度及刀具刚性等确定。固定式导向套的长度取刀具导向部分直径的24倍,导向套直径大者取小值,直径小时取大值。旋转导向导向套的长度应取导向部分直径的23倍。 在本设计中,导向套应选用单个固定式,导向套的长度取40mm。 (3) 确定导向套离工件端面的距离 导向套离工件端面的距离一般按h=(0.30.7)d取值,加工铸铁时取小值,加工钢件时取大值。所以导向套离工件端面的距离取h=30mm。(4) 确定主轴类型、尺寸、外伸长度 主轴轴径尺寸规格应根据选定的切削用量计算出切削转矩T 查组合机床设计简明手册表3-4 初定主轴轴径 考虑便于生产管理,适当简化规格。综合考虑加工精度和具体工件条件,查资料组合机床设计简明手册,按表3-6和表4-1选定主轴外伸长度L、外径D和内径及配套的刀具接杆莫氏锥度号或攻螺纹靠模规格代号等。 主轴轴径,主轴外伸尺寸L=115,外伸端为50/36。接杆莫氏圆锥号为1。(5) 确定连杆的规格和主要尺寸 根据主轴端部的内径或莫氏锥度,在刀杆的设计标准中选出刀杆的规格和主要尺寸,其中包括刀杆长度的推荐范围。主轴选用的连杆: L=260mm.(6) 工作行程长度的确定(a) 工作进给长度。 工作进给长度等于被加工部位的长度与刀具切入长度和切出长度之和,切出长度应取,d为钻头直径;切入长度可根据工件端面误差确定,一般为510mm,在本设计中工作进给长度为45mm。 (b) 快速退回长度。 一般在固定式夹具的钻、扩、绞孔机床上,快速推回长度必须保证所有道具都退进夹具导向套内,不影响装卸工作即可。对于夹具需要回转和移动的机床,快速退回长度必须把道具、托架、活动钻模板以及定位销等都退离到家具运动时间可能碰到的范围以外,或不影响装卸工件的距离。 所以快速退回长度取120。 (c) 快速引进长度。 快速引进是动力部件把刀具快速送到工作进给开式的位置,本设计中应等于快退长度减去工进长度,取其为75 (d) 动力部件总行程长度。 动力部件总行程长度除必须满足工作循环刚做行程要求外,还要考虑调整和装卸刀具的要求,即考虑前备量和后备量。前备量是指刀具磨损和补偿安装制造误差,动力部件可以喜爱那个前调整的距离。后备量是指刀具连同接杆一起从主轴上取出时,保证刀具退离导套外的距离大于接杆插入主轴孔内的长度。 取前备量30mm,备量180mm .(7) 其它应注意的问题(a)加工示意图上应有足够的联系尺寸,并标注恰当,如主轴端部尺寸、刀具结构尺寸、导向尺寸、工件至夹具的尺寸,工件本身以及加工部件的尺寸等。(b)应有足够的说明,如被加工零件的图号、材料、硬度、加工余量、工件是否有让刀运动,以及是否采用冷却。(c)加工部位的示意图,需要将工件各面的形状和加工孔的位置用缩小比例画出,并标注孔号。(d)相邻两孔中心距小的主轴,须在展开图上按照比例画出,以便检查主轴、接杆、导向及浮动头是否相碰。(e)加工示意图是按照加工终了状态绘制。3 机床联系尺寸图3.1 被加工零件联系尺寸图的作用:(1) 机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据。(2) 按初步选定的主要通用部件以及确定的主用部件的总体结构而绘制的。(3) 可用来表示机床的配置型式、主要构成及各部件安装位置、相互联系运动关系能否满足加工要求和通用部件选择是否合适。(4) 它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供重要依据,它可以看成是机床总体外观简图。3.2 被加工零件联系尺寸图的内容:(1) 表明机床的配置型式与总布局。已适当数量的视图,用同一比例画出主要部件的外廓形状和相关位置,表明机床基本型式及操作位置等。(2) 完整齐全的反应各部件间的主要装配关系和联系尺寸,专用部件的主要联系尺寸、运动部件的机械极限位置几、及各滑台工作循环总的工作行程和前后行程备量尺寸。(3) 标注主要通用部件的规格代号和电动机的型号、功率及转速,并标出机床分组编号及组件名称,全部组件包括机床全部通用及专用零部件。(4) 标明机床验收标准及安装规程。3.3 动力部件的选择动力部件的选择主要是确定动力箱和动力滑台。 由加工示意图得:D=20mm 轴向力: 切削功率 总轴向力 总切削功率 由组合机床设计简明手册得: 左右多轴箱选1TD25-型动力箱 驱动轴转速,n=900r/min; 电动机选Y100L-4型,功率为2.2kw; 选1HJc25-型滑台,最大行程400mm,滑台台面宽度为B=250mm;快速进给速度为8m/min;由表5-2选滑台附件,过渡箱为 1HJ25-F51,导轨防护装置为1HJ25-F81,滑台侧底座为1CC252M3.4 组合机床其它尺寸的确定(1) 确定机床装料高度H装料高度一般是指工件安装基面至地面的垂直距离。据国家标准,装料高度取H=895mm(2) 确定床身尺寸床身的轮廓尺寸,在长宽方向应满足夹具的安装需要。这里选2200560560JB1529-79(3) 确定多轴箱轮廓尺寸标准通用钻镗类多轴箱的厚度是一定的。卧式为325mm,因此确定多轴箱尺寸,主要是确定多轴箱的宽度B和高度H及最低主轴高度h1。 B=b+2b1 H=h+h1+b1其中 b工件在宽度方向相距最远的两孔距离,此图中为236mm b1最边缘主轴中心至箱体外壁距离(为保证多轴箱内有足够空间安排齿轮,这里取100mm) h工件在高度方向相距最远的两孔距离,此图为165mm h1最低主轴高度 多轴箱最低主轴高度h1必须考虑工件最低孔位置h2,机床装料高度H、滑台总高h3、底座高度h4等尺寸确定 h2=40mm H=895mm h3=250mm h4=560mmh1、H、B的计算如下: h1=h2+H-(0.5+h3+h4) =40+895-(0.5+250+560) =124.5mm滑台与底座之间有h5=5mm的调整垫故h1=h2+H-(0.5+h3+h4+h5) =40+895-(0.5+250+560+5) =119.5mm H=h1+h+b1 =119.5+40+100 =259.5mm B=b+b1 =250+2100 =450mm按通用多轴箱箱体系列尺寸标准,选定多轴箱轮廓尺寸BH=320*300(4) 绘制机床联系尺寸总图 其中长、宽方向的尺寸链要封闭长度方向从工件中心到夹具、多轴箱、滑台、再由滑台返回到滑台前端、侧底座、中间底座、工件中心 封闭:230+113+1217=1194+48+318高度方向从中心底座、夹具底座、支承块、最低主轴高度到主轴箱、滑台、调整垫、侧底座封闭:560+275+60+40=120+250+5+5603.5 机床联系尺寸图简图:如下图3所示图34 生产率计算卡4.1 机床生产率的计算机床理想生产率是指机床在百分百负荷情况下每小时的生产能力。这里仅考虑加工一个工件所需的机动时间()和辅助时间()。辅助时间是指机床空运行程(动力头快进和快退、工作台的回转或移动、电气和液压元件的转换动作等)和工件的装卸、定位、夹压及清楚定位面上切屑所需的时间。被加工零件图号毛坯种类名称毛坯重量材料硬度工序名称工序号序号工步名称被加工零件数加工直径(毫米)加工长度(毫米)工作行程(毫米)切削速度(米分)每分钟转数(转分)进刀量工时(分)每转(毫米转)每分钟(毫米分)机动时间辅助时间共计装卸工件111刀头动快进750.230.23工进828454015920.2318.40.030.03快退0.230.23总计1.49 分单件工时机床生产率机床负荷率5 多轴箱左主轴箱设计5.1 多轴箱的基本结构多轴箱是组合机床的重要专用部件。他是根据加工示意图所确定的工件加工孔数和位置、切削用量和主轴类型设计的传动各主轴运动的动力部件。其动力来自通用的动力箱,与动力箱一起安装于进给滑台,可完成钻、扩、铰、镗孔等加工工序。 多轴箱一般具有多根主轴同时对一列孔进行加工。但也有单独的,用于镗孔居多。多轴箱按结构特点分为通用(即标准)多轴箱和专用多轴箱两大类。前者结构典型,能利用通用的箱体和传动件;后者结构特殊,往往需要加强主轴系统刚性,而使主轴及某些传动件必须专门设计,故专用多轴箱通常指“刚性主轴箱”,即采用不需刀具导向装置的刚性主轴和用精密滑台导轨来保证被加工孔的位置精度。通用多轴箱则采用标准主轴,借助导向套引导刀具来保证被加工孔的位置精度。多轴箱的通用箱体材料为HT200,前、后、侧盖等材料为HT150。多轴箱体基本尺寸系列标准(GB3668.183)规定,9种名义尺寸用相应滑台的滑鞍宽度表示,多轴箱体宽度和高度是根据配套滑台的规定按规定的系列尺寸选择。多轴箱后盖与动力箱法兰尺寸可查表,其结合面上联结螺孔、定位销孔及其位置与动力箱联系尺寸相适应。多轴箱的标准厚度为180mm;用于卧式多轴箱的前盖厚度为55mm,用于立式的因兼作油池用,故加厚到70mm;基型后盖的厚度为90mm,变型后盖厚度为50mm、100mm、125mm三种,应根据多轴箱传动系统安排和动力部件与多轴箱的连接情况合理选用。如只有电机轴安排排或排齿轮,可选用厚度为50mm或100mm的后盖,此时,后盖窗口应按齿轮外廓加以扩大。5.2 通用多轴箱设计目前,多轴设计有一般设计法和电子计算机辅助设计法两种。计算机设计多轴箱,由人工输入原始数据,按事先编制的程序,通过人机交互方式,可迅速、准确地设计传动系统,绘制多轴箱总图、零件图和箱体补充加工图,打印出轴孔坐标及组件明细表。一般设计法的顺序是:绘制多轴箱设计原始依据图;确定主轴结构、轴径及齿轮模数;拟订传动系统;计算主轴、传动轴(也可用计算机计算和验算箱体轴孔的坐标尺寸),绘制坐标检查图;绘制多轴箱总图,零件图及编制组件明细表。具体内容和方法简述如下。5.2.1绘制多轴箱设计原始依据图多轴箱设计原始依据图是根据“三图一卡”绘制的。其主要内容及注意事项如下:(a) 根据机床联系尺寸图,绘制多轴箱外形图,并标注轮廓尺寸及动力箱驱动轴的相对位置尺寸。(b) 根据机床联系尺寸图和加工示意图,标注所有主轴位置尺寸及工件与主轴、主轴与驱动轴的相关位置尺寸。在绘制主轴位置时,要特别注意:主轴和被加工零件在机床上是面对面安放的,因此,多轴箱主视图上的水平方向尺寸与零件工序图上的水平方向尺寸正好相反;其次,多轴箱上的坐标尺寸基准和零件工序图上的基准经常不重合,应根据多轴箱与加工零件的相对位置找出统一基准,并标出其相对位置关系尺寸,然后根据零件工序图各孔位置尺寸,算出多轴箱上各主轴坐标植。(c) 根据加工示意图标注各主轴转速及转向,主轴逆时针转向(面对主轴看)可不标,只注顺时针转向。(d) 列表标明各主轴的工序内容、切削用量及主轴外伸尺寸等。(e)标明动力部件型号及其性能参数等。下图所示为双面卧式钻床组合机床左主轴箱设计原始依据图。较简单的多轴箱可不画原始依据图。如下图4所示。图4 多轴箱设计原始数据图 表5.2.1 主轴外伸尺寸及切削用量轴号主轴外伸尺寸(mm) 切 削 用 量备注D/dL工序内容n(r/min)v(m/min)f(mm/r)1、2、3、4、5、630/2275钻8孔1592400.2注:(1) 被加工零件编号及名称:1P68F下箱体。材料及硬度,特种合金铸铁,210HBS。(2) 动力部件1TD25-A,1HY-40,P=2.2KW,n=1620r/min。5.2.2 主轴、齿轮的确定及动力运算(1) 主轴型式和直径、齿轮模数的确定 主轴的型式和直径,主要取决与工艺方法、刀具主轴联接机构、刀具的进给抗力和切削转矩。如钻孔时常采用滚珠轴承主轴;扩、镗、铰孔等工序工序常采用滚锥轴承主轴;主轴间距较小时常选用滚针轴承主轴。设计时,尽可能不选用15mm直径的主轴和滚针主轴,因为滚针轴承精度低、结构刚度及装配工艺性都较差,既不便于制造又不便于维修。 主轴直径按加工示意图所示主轴类型及外伸尺寸可初步确定。传动轴的直径也参考主轴直径大小初步选定。待齿轮传动系统设计完成后再验算某些关键轴径。齿轮模数m(单位为mm)一般用类比法确定,也可按公式估算,即:式中 P齿轮所传递的功率,单位为kM; z一对啮合齿轮中的小齿轮齿数; n小齿轮的转速,单位为rmin.多轴箱中的齿轮模数常用2、2.5、3、3.5、4几种。为便于生产,同一多轴箱中的模数规格最好不要多于两种。首先,根据切削用量,查组合机床设计参考图册由计算公式计算扭矩: D钻头直径 f每转进给量已知 D=6.8mm f=0.13mm/r得 T=1932N.mm从组合机床设计简明手册P43表3-4计算轴径d=13mm,由组合机床设计简明手册P56表4-1选取主轴直径d=15mm满足设计要求。(2) 多轴箱所需动力计算多轴箱的动力计算包括多轴箱所需要的功率和进给力两项。传动系统确定之后,多轴箱所需要的功率按下列公式计算:式中 切削功率,单位为KW; 空转功率,单位为KW; 与负荷成正比的功率损失,单位为KW。每根主轴的切削功率,由选定的切削用量按公式计算或查图表获得;每根主轴的空转功率按组合机床设计简明手册P62表4-6确定;每根主轴上的功率损失,一般取所传递功率的1%。 根据组合机床设计参考图册功率计算公式得主轴切削功率: T扭矩V切削速度D钻头直径则有 空转功率: 由于主轴直径为15mm,根据组合机床设计简明手册P62表4-6:转速: n=630r/min ,轴径为15mm时:;轴径为20mm时:; 而主轴转速为n=1592r/min,根据插值法:因此:功率损失:每根轴上的功率损失,一般可取所传递功率的1%因此:=1.17+0.32+0.012=1.502kW多轴箱所需的进给力(单位为N)可按下式计算:式中 各主轴所需的轴向切削力,单位为N。D钻头直径 f每转进给量已知 D=6.8mm S=0.13mm/r F=857.12N 实际上,为克服滑台移动引起的摩擦阻力,动力滑台的进给力应大于。5.2.3 多轴箱传动设计多轴箱传动设计,是根据动力箱驱动轴位置和转速、各主轴位置及其转速要求,设计传动链,把驱动轴和主轴联系起来,使各主轴获得预定的转速和转向。对多轴箱传动系统的一般要求(1)在保证主轴的强度、刚度、转速和转向的条件下,力求传动轴和齿轮规格、数量为最少。为此,应尽量用一根中间传动轴带动多根主轴,并将齿轮布置在同一排上。当中心距不符合标准时,可采用变位齿轮或略微改变传动比的方法解决。(2)尽量不用主轴带动主轴的方案,以免增加主轴负荷。遇到主轴较密时,布置齿轮的空间受到限制或主轴负荷较小、加工精度要求不高,也可用一根强度较高的主轴带动12根主轴的传动方案。(3)为使结构紧凑,多轴箱内齿轮副的传动比一般要大于1/2(最佳传动比为111.5),后盖内齿轮齿轮传动比允许至1/313.5,尽量避免用升速传动。当驱动轴转速较低时,允许先升速然后再降一些,使传动链前面的轴、齿轮转矩较小,结构紧凑,但空转功率损失随之增加,故要求升速传动比小于等于2;为使主轴上的齿轮不过大,最后一级经常采用升速传动。(4)用于精加工主轴上的齿轮,应尽可能设置在第排,以减少主轴的扭转变形;精加工主轴上的齿轮,应设置在第排,以减少主轴端的弯曲变形。(5)驱动轴直接带动的转动轴数不能超过两根,以免给装配带来困难。拟定多轴箱传动的基本方法拟定多轴箱传动系统的基本方法是:先把全部主轴中心尽可能分布在几个同心圆上,在各个同心圆的圆心上分别设置中心传动轴;非同心圆分布的一些主轴,也宜设置中间传动轴(如一根传动轴带二根或三根主轴);然后根据已经选定的中心传动轴再取同心圆,并用最少的传动轴带动这些中心传动轴;最后通过合拢传动轴与动力箱驱动轴连接起来。(1) 将主轴划分为各种分布类型:被加工零件上加工孔的位置分布是多种多样的,但大致可归纳为:同心圆分布、直线分布和任意分布三种类型。因此,多轴箱上主轴分布相应分为这三种类型。(a) 同心圆分布:对这类主轴,可在同心圆处分别设置中心传动轴,由其上的一个或几个(不同排数)齿轮来带动各主轴。(b) 直线分布:对此类主轴,可在两轴中心连线的垂直平分线上设传动轴,由其上一个或几个齿轮来带动各主轴。(c) 任意分布:对此类主轴可根据“三点共圆”原理,任意分布可以看作是同心圆和直线的混合分布形式。 (2) 确定驱动轴转速转向极其在多轴箱上的位置:驱动轴的转速按动力箱型号选定;当采用动力滑台时,驱动轴旋转方向可任意选择;动力箱与多轴箱连接时,应注意驱动轴中心一般设置于多轴箱箱体宽度的中心线上,其高度则决定于所选动力箱的型号规格。驱动轴中心位置在机床联系尺寸图中已经确定。(3) 用最少的传动轴及齿轮副把驱动轴和各主轴连接起来:在多轴箱设计原始依据图中确定了各主轴的位置、转速和转向的基础上,首先分析主轴位置,拟订传动方案,选定齿轮模数(估算或类比),再通过“计算、作图和多次试凑”相结合的方法,确定齿轮齿数和中间传动轴的位置及转速。 (a) 齿轮齿数 传动轴转速的计算公式式中 u啮合齿轮副传动比; 啮合齿轮副齿数比; 、分别为主动和从动齿轮齿数;,、分别为主动和从动齿轮转速,单位为rmin;A齿轮啮合中心距,单位为mm;m齿轮模数,单位为mm。(b) 传动路线设计方法:当主轴数少且分散时即中心距较大,且驱动轴上齿轮参数规定为:=2126,m=3或4,如用一对齿轮传动满足了轴间距A的要求,却不能满足的要求,此时可用增设中间轴的方法解决;当主轴数量较多且分散时,可将比较接近的主轴分成几组,然后从各组主轴开始选取不同的中间传动轴,分别带动各组主轴,再通过合拢轴将各中间轴和驱动轴联系起来。在排列齿轮时,要注意先满足转速最低及主轴间距最小的那组主轴的要求。还应注意中间轴转速尽量高些,这样扭矩小,且使驱动轴和其它传动轴连接的传动比不致太大。多轴箱一般设手柄轴,用于对刀、调整或装配检修时检查主轴精度。手柄轴转速尽量高些,其周围应有较大空间。传动零件的校核传动系统拟订后,应对总体设计和传动设计中选定的传动轴颈和齿轮模数进行验算,校核是否满足工作要求。 (1)验算传动轴的直径:按下式计算传动轴所承受的总转矩:式中 作用在第n个轴上的转矩,单位为Nm; 传动轴至第n个主轴之间的传动比。注意上式中不包括对于只有一排传动齿轮的转矩计算,这是因为传动轴上只有一排齿轮时,其承受的转矩理论上等于零。对于这种传动轴,一般按其所承受的弯矩来验算。总转矩算出后,按组合机床设计简明手册P43表3-4、3-5公式验算所选用的传动轴直径是否满足要求。 (2)齿轮模数的验算:一般只对多轴箱中承受载荷最大、最薄弱的齿轮进行接触强度和弯曲强度的验算,验算公式参见机床课程设计指导5.3 多轴箱的传动设计方案5.3.1传动设计方案分析 上图为此次设计的多轴箱传动系统传动方案图:由驱动轴同时带动四根传动轴转动,再分别设置传动轴带动主轴转动.因为所钻孔距离较大,如果只设置一根传动轴带动主轴钻孔,齿轮齿数规格较大且所钻孔孔距又较小,各孔模数可选2,电动机轴模数可选3.1、6,4、5轴可分别经G02,G03轴传动,2、3轴可分别设计G01、G04轴传动,便可满足传动要求。5.3.2传动系统的设计计算(1) 各齿轮参数的设计计算: 已知:主轴转速 n=1592r/min,主轴直径 d=20mm,主轴齿轮模数 m=2.5,齿数=20;驱动轴转速n=900r/min。设驱动轴0齿轮齿数z=36,m=1.75;主轴1、2 、3、4、5、6齿轮齿数z=20;传动轴G01和G04齿轮齿数z=20,m=2.5; 传动轴G02齿轮齿数z=31,m=2.5; 传动轴G03齿轮齿数z=27,m=2.5.由于它们是作为过渡齿轮存在,只要其尺寸结构不影响其他轴及齿轮,其齿轮可以任意选取。因此: 已知:所取动力箱型号1TD25,电动机转速1420r/min,驱动轴转速900r/min。与原始依据图的要求基本一致,转速相对损失在5%以内符合设计要求。根据各主轴实际转速,对加工示意图中的切削用量进行修正。(2) 轴径尺寸的确定:本套传动系统中有六根主轴,四根传动轴,。 各传动轴的计算结果如下:轴G01: 查组合机床设计P607表5-10:选取直径d=15mm,为了提高轴的刚度,并减小传动件的规格,选取轴径d=20mm。轴G02: 轴G03:轴G04:同上 选取轴径d=20mm。轴0:此轴为主传动轴,由其传递的扭矩是由动力箱输出的,扭矩大,此外,该轴还是手柄轴,根据组合机床设计简明手册表7-19,选取轴径 d=30mm。表5.3.2 各轴轴径及齿轮参数轴径齿数扭矩转速11520378162021520378 162031520378 162041520378 162051520378 162061520378 1620G012020378 1620G022031378 1080G032027378 1200G04202037816203036756.9003036756 900(3) 校验:(a) 齿轮模数校核分析:传动过程中,齿轮啮合会产生很大的弯曲疲劳强度,在所有齿轮啮合过程中,以动力头齿轮和、V上的齿轮啮合产生的应力最大。因此选取动力头齿轮进行模数计算:查机械设计P209,公式10-5 有: 公式中: 为载荷系数 :使用系数,查P201 ,表10-2,取=1.25 :动载系数,查P202 ,图10-8,取=1.25 :齿间载荷分布系数,查P203 ,表10-3,取=1.0 :齿间载荷分布系数, 查P204 ,表10-4,取=1.117T:传递扭矩; 因为传递的功率较小,选取, 、查P209,表10-5 查P216,图表10-20c,=427由于齿轮模数大小取决于弯曲强度所决定的承载能力。m=31.22,完全满足疲劳强度要求。因此所取齿轮模数满足使用及性能要求。(b) 轴的强度校核:从上述可知,各轴所能承受的扭矩:轴16 d=15mm M=378Kg*mm轴G01G04 d=20mm M=378Kg*mm通过计算各轴所承受载荷的情况:轴16 M=378Kg*mm轴G01G04 d=20mm M=378Kg*mm轴O: d=30mm M=756Kg*mm由此可以得出,各轴实际承受的扭矩远远小于轴所能承受的扭矩最大值。因此其强度完全满足要求。5.4 制多轴箱总图及零件图5.4.1 总图设计 通用多轴箱总图设计包括绘制主视图、展开图,编制装配表,制定技术条件等四部分。 (1)主视图 主要表明多轴箱主轴位置及齿轮传动系统,齿轮齿数、模数及所在排数,润滑系统等。因此,绘制主视图就是在设计的传动系统图上标出各轴编号,画出润滑系统,标注主轴、油泵轴、驱动轴的转向及坐标尺寸、最低主轴高度尺寸及箱体轮廓尺寸等。并标注部分件号。(2)展开图 其特点是轴的结构图形多。各主轴和传动轴上的零件大多是通用化的,且是有规则排列的。一般采用简化的展开图并以装配表相配合,表明多轴箱各轴组件装配结构。绘制的具体要求如下: (a)展开图主要表示各轴及轴上零件的装配关系。包括主轴、传动轴、驱动轴、受柄轴、油泵轴及其上相应的齿轮、隔套、防油套、轴承或油泵等机件形状和安装的相对位置。图中各零件的轴向尺寸和径向尺寸(齿轮除外)要按比例画出,轴向距离和展开顺序可以不按传动关系绘制,但必须注明齿轮排数、轴的编号及直径规格。对近距离轴往往要求按实际间距绘制相关轴的成套组合件,以便能直观地检查有否碰撞现象。 (b) 对结构相同的同类型主轴、传动轴可只画一根,在轴端注明相同轴的轴号即可。对于轴向装配结构基本相同,只是齿轮大小及排列位置不同的两根或两组轴,可以合画在一起,即轴心线两边各表示一根或一组轴。 (c) 展开图上应完整标注多轴箱的三大箱体厚度尺寸及箱壁和内腔有关联系尺寸、主轴外伸长度等。 总图上还应有局部剖视表明动力箱与后盖及前后盖与箱体间的定位结构。(3) 主轴和传动轴装配表把多轴箱中每根轴(主轴、传动轴、油泵轴)上齿轮套等基本零件的型号规格、尺寸参数和数量及标准件、外购件等,按轴号配套,用装配表表示。这样使图表对照清晰易看,节省设计时间,方便装配。(4) 多轴箱技术条件 多轴箱总图上应注明多轴箱部装要求。即:(a) 多轴箱制造和验收技术条件:多轴箱按ZBJ58011-89组合机床多轴箱制造技术条件进行制造,按ZBJ58012-89组合机床多轴箱验收技术条件进行验收。 (b) 主轴精度:按JB3043-82组合机床多轴箱精度标准(详见组合机床设计简明手册P148表7-12)进行验收。5.4.2 多轴箱零件设计 多轴箱总图设计中,大多数零件是选用通用件、标准件和外购件;对于变位齿轮、专用轴等零件,则应设计零件图;对于多轴箱体类通用件,必须绘制补充加工图。 (1)专用零件工作图 如变位齿轮、专用轴和套等零件,可按一般零件工作图规定。参照同类通用零件图,结合专用要求设计绘图。 (2)补充加工图 多轴箱体、前盖、后盖等通用零件,应根据多轴箱总图要求,绘制出需补充加工的部位,(如多轴箱体主轴承孔、传动轴承孔、油泵及其轴孔,定位销孔、后盖窗口扩大部位结构等),通常习惯用粗实线画出补充加工部位的结构,其尺寸、形位公差、表面粗糙度等均按机械制图国际规定格式标记;通用铸件的原有部分的轮廓等一律用细实线表示。结束语 本设计为针对1P68F上发动机下箱体双面钻孔作为设计思路。设计以提高生产效率,降低生产成本,满足年生产纲领为核心,根据加工对象的外行特点制定了合理的夹紧方案和加工方法。充分利用了1P68F上箱体双面钻钻床的加工特点,避免了通用钻床存在的各种加工缺陷,节约了劳动力和劳动成本,为生产线的设计提供合理方案。主轴箱设计合理,且安装卸载工件方便、快速,加工全过程只需一位操作工人就可完成加工工作。在较好的符合了预想的同时,也不得不承认设计中存在着不足之处。首要问题,通用性是该箱体的最大缺陷。面对市场经济时代,产品的改型,设计的优化都会对加工中使用的钻机提出要求,而过于针对单一产品的夹具必然会在今后的生产中因无法用于新产品的加工而被迫报废,这对企业而言就是损失,无形中提高了生产加工的成本。同时,为了给新产品设计新的模式,又迫使企业需要投入更多的资源用于设计开发,延长了新产品的生产周期,为新产品迅速占领市场增添了阻碍。所以,在设计之初就应充分考虑设计的可延续性,设计是否能在新产品的生产中再次发挥作用。当然,不可否认的是这样的设计思路确实也存在着许多问题,对于设计人员也提出了更高的要求,但是面对困难如何去解决,更是一个设计人员应该去努力的。在设计的同时,许多新的想法也一一出现。自动装卸工件,自动清理切屑以保证工件安装定位的准确,更甚至是全自动的生产线等等。虽然暂时还没有能力进行独立的设计,但是创新的思想将为今后的工作指点新的方向。本文是在郭国伟老师的悉心指导下完成的。在学习期间,郭老师给予了亲切关怀、热忱鼓励和精心指导。郭老师在繁重的科研工作之余,为我们创造了良好的学习条件和研究环境,并提供了丰富的研究资料;郭老师承担了大部分具体的指导工作,以其深厚的专业知识和丰富的实际经验,为论文的选题和具体的研究内容花费了许多时间和精力。由于郭老师的关心和精心指导,本文才得以顺利完成,借此机会,学生我向郭老师表示最诚挚的谢意。致 谢经过半年的忙碌和工作,本次毕业设计已经接近尾声,作为一个本科生的毕业设计,由于经验的匮乏,难免有许多考虑不周全的地方,如果没有导师的督促指导,以及一起学习的同学们的支持,想要完成这个设计是难以想象的。 在这里首先要感谢我的导师郭国伟老师。郭老师平日里工作繁多,但在我做毕业设计的每个阶段,从查阅资料到设计草案的确定和修改,中期检查,后期详细设计,装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐,但是郭老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩郭老师的专业水平外,他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样,并将积极影响我今后的学习和工作。 其次要感谢我的同学对我无私的帮助,特别是在软件的使用方面,正因为如此我才能顺利的完成设计,我要感谢我的母校南京理工大学泰州科技学院,是母校给我们提供了优良的学习环境;另外,我还要感谢那些曾给我授过课的每一位老师,是你们教会我专业知识。在此,我再说一次谢谢!谢谢大家!参 考 文 献1 李秀敏. 组合机床行业现状与发展思考D. 大连: 大连组合机床研究所,2004.2 胡亚波, 吴玉文. 我国组合机床的状况与发展D. 湖北: 湖北交通职业技术学院,2004.3 周延佑. 组合机床发展新趋势与我国相应的对策D. 广西: 广西职业技术学院,2001.4 李静. 组合机床主轴箱CAD/CAM 开发D. 河北: 河北农业大学,2007.5 赖阿福. VisualBasic6.0 编程经验和技巧M. 青岛:青岛出版社,1997.6 杨绫峰. 机床及夹具M. 北京:清华大学出版社,2005.149150.7 傅煜, 洪荣晶. 数控机床设计信息集成系统的开发D. 江苏: 南京工业大学,2008.8 邓荣琦. 数控机床使用与堆修M. 北京: 北京国防工业出版社,2006.9 卢斌. 数控机床厦其使用雏修M. 北京: 北京机械工业出版社,2001.10 周建亨, 何勇, 李恩光. PLC控制系统的设计D.上海: 中国纺织大学,1999.11 孟秀丽,曹杰,韩向东. PLC在组合机床中的应用J. 中国制造业信息化,2006,35 (1): 3235.12 熊幸明. 基于PLC 的双面钻孔组合机床控制系统设计D. 湖南: 长沙学院,2005.13 张慧姝, 王婧菁. 人性化设计在机床设计中的应用研究D. 北京: 北京联合大学,2008. 14 黄艳群, 黎旭. 设计人机界面M. 北京: 北京理工大学出版社,2007.3444.15 王戈卓, 王述洋. 产品设计中的人性化因素J.黑龙江: 林业劳动安全,2006.,21 (1): 1218.
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